SRT, TOE - zem šiem saīsinājumiem slēpjas termins "relativitātes teorija", kas pazīstams gandrīz ikvienam. Visu var izskaidrot vienkāršā valodā, pat ģēnija apgalvojumu, tāpēc nekrītiet izmisumā, ja neatceraties skolas fizikas kursu, jo patiesībā viss ir daudz vienkāršāk nekā šķiet.
Teorijas dzimšana
Tātad, sāksim kursu "Relativitātes teorija manekeniem". Alberts Einšteins savu darbu publicēja 1905. gadā, un tas izraisīja zinātnieku satraukumu. Šī teorija gandrīz pilnībā aptvēra daudzas nepilnības un neatbilstības pagājušā gadsimta fizikā, bet turklāt tā apgrieza telpas un laika ideju kājām gaisā. Laikabiedriem bija grūti noticēt daudziem Einšteina izteikumiem, taču eksperimenti un pētījumi tikai apstiprināja izcilā zinātnieka vārdus.
Einšteina relativitātes teorija vienkāršā izteiksmē izskaidro to, ar ko cilvēki bija cīnījušies gadsimtiem ilgi. To var saukt par visas mūsdienu fizikas pamatu. Tomēr, pirms mēs turpinām runāt par relativitātes teoriju, mums vajadzētuprecizēt jautājumu par noteikumiem. Protams, daudzi, lasot populārzinātniskus rakstus, ir saskārušies ar diviem saīsinājumiem: SRT un GRT. Patiesībā tie nozīmē nedaudz atšķirīgus jēdzienus. Pirmā ir īpašā relativitātes teorija, bet otrā apzīmē "vispārējo relativitāti".
Vienkārši sarežģīti
SRT ir vecāka teorija, kas vēlāk kļuva par GR daļu. Tas var ņemt vērā tikai fiziskos procesus objektiem, kas pārvietojas ar vienmērīgu ātrumu. Vispārējā teorija var aprakstīt, kas notiek ar objektiem, kas paātrinās, kā arī izskaidrot, kāpēc pastāv gravitona daļiņas un gravitācija.
Ja jāapraksta kustība un mehānikas likumi, kā arī telpas un laika attiecības, tuvojoties gaismas ātrumam – to var izdarīt īpašā relativitātes teorija. Vienkārši izsakoties, to var izskaidrot šādi: piemēram, draugi no nākotnes jums uzdāvināja kosmosa kuģi, kas spēj lidot lielā ātrumā. Kosmosa kuģa priekšgalā ir lielgabals, kas ar fotoniem spēj izšaut visu priekšā.
Kad tiek izšauts šāviens, attiecībā pret kuģi šīs daļiņas lido ar gaismas ātrumu, bet loģiski, ka stacionāram novērotājam vajadzētu redzēt divu ātrumu (pašu fotonu un kuģa) summu. Bet nekā tāda. Novērotājs redzēs fotonus, kas pārvietojas ar ātrumu 300 000 m/s, it kā kuģa ātrums būtu nulle.
Lieta tāda, ka neatkarīgi no tā, cik ātri objekts kustas, gaismas ātrums tam ir nemainīga vērtība.
Šisapgalvojums ir pamats pārsteidzošiem loģiskiem secinājumiem, piemēram, palēnināšanās un laika izkropļojumi atkarībā no objekta masas un ātruma. Uz to ir balstītas daudzas zinātniskās fantastikas filmas un seriāli.
Vispārējā relativitāte
Apjomīgāku vispārējo relativitāti var izskaidrot vienkāršiem vārdiem. Vispirms mums jāņem vērā fakts, ka mūsu telpa ir četrdimensiju. Laiks un telpa ir apvienoti tādā "subjektā" kā "telpas-laika kontinuums". Mūsu telpā ir četras koordinātu asis: x, y, z un t.
Bet cilvēki nevar tieši uztvert četras dimensijas, tāpat kā hipotētisks plakans cilvēks, kas dzīvo divdimensiju pasaulē, nespēj paskatīties uz augšu. Patiesībā mūsu pasaule ir tikai četrdimensiju telpas projekcija trīsdimensiju telpā.
Interesants fakts ir tas, ka saskaņā ar vispārējo relativitātes teoriju ķermeņi nemainās, kad tie pārvietojas. Četrdimensiju pasaules objekti faktiski vienmēr ir nemainīgi, un kustoties mainās tikai to projekcijas, ko mēs uztveram kā laika izkropļojumu, izmēra samazināšanos vai palielināšanos utt.
Eksperiments ar liftu
Relativitātes teoriju var izskaidrot vienkāršā veidā ar neliela domu eksperimenta palīdzību. Iedomājieties, ka atrodaties liftā. Kabīne sāka kustēties, un jūs atradāties bezsvara stāvoklī. Kas notika? Var būt divi iemesli: vai nu ir liftskosmosā vai atrodas brīvā kritienā planētas gravitācijas ietekmē. Pats interesantākais ir tas, ka bezsvara stāvokļa cēloni nav iespējams noskaidrot, ja nav iespējas skatīties ārā no lifta kabīnes, proti, abi procesi izskatās vienādi.
Iespējams, Alberts Einšteins pēc līdzīga domu eksperimenta veikšanas nonāca pie secinājuma, ka, ja šīs divas situācijas nav atšķiramas viena no otras, tad patiesībā ķermenis gravitācijas ietekmē nepaātrinās, tā ir vienveidīga kustība kas ir izliekta masīva ķermeņa (šajā gadījumā planētu) ietekmē. Tādējādi paātrināta kustība ir tikai vienmērīgas kustības projekcija trīsdimensiju telpā.
Ilustratīvs piemērs
Vēl viens labs piemērs par tēmu "Relativitāte manekeniem". Tas nav pilnīgi pareizi, bet tas ir ļoti vienkārši un skaidri. Ja uz izstiepta auduma uzliek kādu priekšmetu, tas zem tā veido "novirzi", "piltuvi". Visi mazākie ķermeņi būs spiesti izkropļot savu trajektoriju atbilstoši jaunajam telpas izliekumam, un, ja ķermenim ir maz enerģijas, tas var nepārvarēt šo piltuvi vispār. Tomēr no paša kustīgā objekta viedokļa trajektorija paliek taisna, viņi nejutīs telpas izliekumu.
Gravity "pazemināta"
Līdz ar vispārējās relativitātes teorijas parādīšanos gravitācija ir pārstājusi būt spēks un tagad ir apmierināta ar vienkāršu laika un telpas izliekuma seku stāvokli. Vispārējā relativitāte var šķist fantastiska, bet tā darbojasversija un apstiprināta ar eksperimentiem.
Daudzas šķietami neticamas lietas mūsu pasaulē var izskaidrot ar relativitātes teoriju. Vienkārši izsakoties, šādas lietas sauc par vispārējās relativitātes teorijas sekām. Piemēram, gaismas stari, kas lido tuvā attālumā no masīviem ķermeņiem, ir saliekti. Turklāt daudzi objekti no attālā kosmosa ir paslēpti viens aiz otra, taču, pateicoties tam, ka gaismas stari iet apkārt citiem ķermeņiem, mūsu skatienam (precīzāk, teleskopa skatienam) ir pieejami šķietami neredzami objekti. Tas ir kā skatīties cauri sienām.
Jo lielāka gravitācija, jo lēnāk plūst laiks uz objekta virsmas. Tas attiecas ne tikai uz masīviem ķermeņiem, piemēram, neitronu zvaigznēm vai melnajiem caurumiem. Laika dilatācijas efektu var novērot pat uz Zemes. Piemēram, satelītnavigācijas ierīces ir aprīkotas ar visprecīzākajiem atompulksteņiem. Viņi atrodas mūsu planētas orbītā, un laiks tur tikšķ nedaudz ātrāk. Sekunžu simtdaļas dienā veidos skaitli, kas radīs līdz 10 km kļūdu maršruta aprēķinos uz Zemes. Tā ir relativitātes teorija, kas ļauj mums aprēķināt šo kļūdu.
Vienkārši mēs varam teikt tā: vispārējā relativitātes teorija ir daudzu mūsdienu tehnoloģiju pamatā, un, pateicoties Einšteinam, mēs varam viegli atrast picēriju un bibliotēku nepazīstams apgabals.
